大學(xué)計(jì)算機(jī)與人工智能基礎(chǔ)

校企共創(chuàng)——高校教師與企業(yè)專家聯(lián)合編寫，融合學(xué)術(shù)資源與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

內(nèi)容全面——覆蓋了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、編程算法及前沿科技，知識(shí)體系完整

理實(shí)一體——理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，兼顧理解與應(yīng)用能力的培養(yǎng)

前 言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新興領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)正以前所未有的速度改變著人們的生活和工作方式。作為連接理論與實(shí)踐的橋梁，優(yōu)質(zhì)的教材在培養(yǎng)新一代信息技術(shù)人才方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。基于這樣的認(rèn)識(shí)，來自高校的教師團(tuán)隊(duì)與企業(yè)界的專家團(tuán)隊(duì)，共同編寫了這本旨在為大一非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生提供全面、實(shí)用的計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的教材。本書不僅是知識(shí)的集合體，更是校企合作成果的具體體現(xiàn)。通過整合高校的學(xué)術(shù)資源和企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，打造一本既適合課堂教學(xué)又能滿足實(shí)際應(yīng)用的教材，特別是針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的通識(shí)通修課程。

書中內(nèi)容涵蓋了從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程到現(xiàn)代科技前沿，包括但不限于計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)、硬件系統(tǒng)剖析、WPS辦公軟件的應(yīng)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等核心主題，并特別強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)、Python編程以及人工智能等領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，以確保學(xué)生能夠緊跟技術(shù)發(fā)展的步伐。

本書的設(shè)計(jì)遵循由淺入深的原則，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，力求幫助學(xué)生構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)提升他們解決實(shí)際問題的能力。本書無論是對(duì)于初學(xué)者還是有一定基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者來說，都將是一份寶貴的學(xué)習(xí)資料。它可以引導(dǎo)學(xué)生初步了解計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念和技能，為他們?cè)谖磥淼膶W(xué)習(xí)和職業(yè)生涯中合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)提供必要的知識(shí)和支持。

本書由崔巖任主編，負(fù)責(zé)整本書的統(tǒng)籌規(guī)劃和定稿工作。任樹坡、劉潔、姚志強(qiáng)任副主編。本書編寫分工如下：第1章由任樹坡撰寫，第2、3章由劉玉利、陳亭宇共同撰寫，第4章由崔巖撰寫，第5、6章由任樹坡撰寫，第7章由劉潔、姚志強(qiáng)共同撰寫。此外，牛靜、王秀妮老師也參與了本書的校稿和教學(xué)配套視頻的錄制工作。

最后，我們要感謝所有對(duì)本書編寫給予支持和幫助的單位和個(gè)人：金山辦公技能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)、金山最有價(jià)值專家赫亮博士對(duì)本書WPS辦公軟件部分內(nèi)容的撰寫給予了寶貴的指導(dǎo)和幫助；理工科惠（北京）科技發(fā)展有限公司的楊澤輝工程師對(duì)本書人工智能部分的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，并貢獻(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方案；北京百科園信息科技有限公司高級(jí)軟件工程師龐林淼對(duì)本書部分案例的設(shè)計(jì)提出了寶貴意見，并為本書配套的試題庫開發(fā)了測(cè)評(píng)系統(tǒng)。感謝你們的支持與合作！

本書是在河北省教育廳高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“人工智能驅(qū)動(dòng)下高校計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的創(chuàng)新與實(shí)踐”（課題編號(hào)：2025GJJG369）和北華航天工業(yè)學(xué)院教材建設(shè)項(xiàng)目“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程（第三版）”（課題編號(hào)：JY-2025-005）共同支持下完成的教學(xué)研究成果。其中，省級(jí)課題圍繞人工智能時(shí)代背景下高校計(jì)算機(jī)通識(shí)教育的發(fā)展趨勢(shì)與教學(xué)改革，重點(diǎn)開展了課程體系的頂層設(shè)計(jì)與創(chuàng)新路徑的探索；校級(jí)課題則聚焦于本教材的具體內(nèi)容編排、教學(xué)資源建設(shè)以及校企協(xié)同育人的實(shí)踐機(jī)制。兩項(xiàng)課題相輔相成，從理論建構(gòu)到實(shí)踐應(yīng)用，為本教材在內(nèi)容系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)科學(xué)性與現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)性等方面的提升提供了有力支撐。在此，謹(jǐn)向課題資助單位及相關(guān)管理部門表示誠(chéng)摯的感謝！

編 者

2025年3月

前言

第1章 計(jì)算機(jī)概述 1
1.1 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 1
1.1.1 計(jì)算機(jī)的誕生、發(fā)展和特點(diǎn) 1
1.1.2 計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用領(lǐng)域 4
1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示 5
1.2.1 進(jìn)位記數(shù)制 5
1.2.2 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 6
1.2.3 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 10
1.3 計(jì)算機(jī)中常用的編碼 12
1.3.1 西文字符編碼 12
1.3.2 漢字的編碼 14
1.4 計(jì)算機(jī)新技術(shù) 16
1.4.1 人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí) 16
1.4.2 量子計(jì)算 17
1.4.3　邊緣計(jì)算 18
1.4.4 云計(jì)算 18
1.4.5　區(qū)塊鏈技術(shù) 20
1.4.6　數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù) 20
1.4.7　虛擬現(xiàn)實(shí) 21
1.4.8 人機(jī)交互技術(shù) 22
思考與練習(xí) 23
第2章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 26
2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及工作原理 26
2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 26
2.1.2 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 27
2.1.3 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 27
2.1.4 馮•諾依曼體系結(jié)構(gòu) 27
2.1.5 哈佛體系結(jié)構(gòu) 28
2.2 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng) 29
2.2.1 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的概述 29
2.2.2 微型計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 35
2.3 微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 36
2.3.1 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的概述 36
2.3.2 系統(tǒng)軟件 36
2.3.3 應(yīng)用軟件 37
2.4 微型計(jì)算機(jī)的組裝 38
2.4.1 微型計(jì)算機(jī)硬件組裝 38
2.4.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件安裝 44
思考與練習(xí) 45
第3章 WPS Office辦公軟件 49
3.1 WPS一站式辦公環(huán)境 49
3.2 WPS文字篇 52
3.2.1 WPS文字基礎(chǔ)操作 52
3.2.2 文檔編輯與排版 58
3.2.3 圖文混排 61
3.2.4 表格應(yīng)用 68
3.2.5 郵件合并 74
3.2.6 長(zhǎng)文檔排版 78
3.3 WPS表格篇 92
3.3.1 WPS表格基礎(chǔ)操作 92
3.3.2 數(shù)據(jù)錄入與編輯 102
3.3.3 公式與函數(shù) 110
3.3.4 數(shù)據(jù)管理與分析 117
3.3.5 圖表應(yīng)用 128
3.4 WPS演示篇 133
3.4.1 WPS演示幻燈片基礎(chǔ)知識(shí) 133
3.4.2 幻燈片設(shè)計(jì)與美化 143
3.4.3 演示文稿中對(duì)象組織 149
3.4.4 幻燈片交互效果設(shè)置 152
思考與練習(xí) 159
第4章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 162
4.1 算法的概念 162
4.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識(shí) 165
4.2.1 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義 165
4.2.2 基本概念和術(shù)語 165
4.2.3 典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 169
4.3 經(jīng)典算法 173
4.3.1 查找算法 173
4.3.2 排序算法 173
4.4 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 175
4.4.1 程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格 175
4.4.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 176
4.4.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 178
思考與練習(xí) 180
第5章 Python語言基礎(chǔ) 184
5.1 Python語言簡(jiǎn)介 184
5.1.1 Python語言的發(fā)展和特點(diǎn) 184
5.1.2 Python語言開發(fā)環(huán)境搭建 185
5.2 Python的基本數(shù)據(jù)類型 188
5.2.1 常量和變量 188
5.2.2 數(shù)字及其運(yùn)算 188
5.2.3 字符串 191
5.3 Python基本語句 192
5.3.1 注釋語句 193
5.3.2 賦值語句 193
5.3.3 輸入/輸出語句 194
5.3.4 選擇結(jié)構(gòu)語句 195
5.3.5 循環(huán)結(jié)構(gòu)語句 198
5.4 Python庫引用方法 200
5.4.1 Python語言中庫的分類 200
5.4.2 Python語言中庫的引用 202
5.4.3 turtle庫的使用 203
思考與練習(xí) 206
第6章 大數(shù)據(jù)技術(shù)基礎(chǔ) 208
6.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)概述 208
6.1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的概念 208
6.1.2 大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生 208
6.1.3 大數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 209
6.1.4 大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域 210
6.2 大數(shù)據(jù)處理技術(shù) 211
6.2.1 數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ) 211
6.2.2 數(shù)據(jù)清洗與整合 212
6.2.3 數(shù)據(jù)分析與挖掘 213
6.2.4 數(shù)據(jù)可視化 214
6.2.5 數(shù)據(jù)處理實(shí)例 215
思考與練習(xí) 226
第7章 人工智能基礎(chǔ) 228
7.1 人工智能概述 228
7.1.1 人工智能 228
7.1.2 人工智能的發(fā)展歷程 229
7.1.3 人工智能的分類 231
7.2 人工智能技術(shù)基礎(chǔ) 232
7.2.1 機(jī)器學(xué)習(xí) 232
7.2.2 深度學(xué)習(xí) 233
7.3 人工智能的典型應(yīng)用領(lǐng)域 235
7.3.1 自然語言處理 235
7.3.2 計(jì)算機(jī)視覺 236
7.3.3 智能推薦系統(tǒng) 237
7.3.4　醫(yī)療健康領(lǐng)域的AI應(yīng)用 237
7.3.5　智能制造領(lǐng)域的AI應(yīng)用 238
7.3.6 智能語音 239
7.4 人工智能倫理與社會(huì)問題 241
7.4.1　數(shù)據(jù)隱私與安全 241
7.4.2　算法偏見與公平性 242
7.4.3　人工智能責(zé)任歸屬 243
7.4.4　國(guó)際的AI倫理準(zhǔn)則 245
7.5 人工智能實(shí)踐案例 246
7.5.1 銀行貸款 246
7.5.2 貓狗識(shí)別 248
思考與練習(xí) 250

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